JPH04323892A - セラミック回路板における導体膜の形成方法 - Google Patents
セラミック回路板における導体膜の形成方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
おける導体膜の形成方法に関し、詳しくは、セラミック
基板を用いて、その表面に銅膜などからなる導体回路を
形成するセラミック回路板における導体膜の形成方法に
関するものである。
ミック回路板における導体膜の形成方法には、■厚膜法
、■薄膜法、■酸化銅共晶法、■湿式めっき法などが実
用化されている。 ■ 厚膜法では、Ag、Pdなどの金属導体粉および
ガラス粉をビヒクルと混合してペーストとし、スクリー
ン印刷の後に焼成して回路形成を行う。この方法は、比
較的簡便で安価に実施できるが、形成された回路の導体
抵抗が大きく、回路の微細化が困難である等の欠点があ
る。
ーティング、スパッタリングなどのPVD法により、A
uやNi−Crなどを成膜した後、パターンエッチング
により回路を形成する。この方法では、導体膜と基板の
密着力を確保するため、Cr、Ti等を下地層として成
膜する必要があるが、この下地層の抵抗が大きいため、
高周波特性が損なわれるという欠点がある。また、パタ
ーンエッチングの際に、導体膜のエッチング液と下地層
のエッチング液が異なるため、工程が複雑になるという
欠点もあった。
上に銅箔または銅板を載せ、ごく微量の酸素を含む窒素
雰囲気中で加熱し、銅箔または銅板の表面に酸化銅の膜
を形成させ、銅と酸化銅の共晶温度1064℃以上かつ
銅の融点1083℃以下の温度で、銅箔または銅板の表
面の酸化銅融液とセラミック基板とを反応させることに
より、セラミック基板に銅膜を形成する。この方法は、
銅を厚く付けるのに適しているが、100μm以下の薄
い銅膜を形成するのは困難であり、そのため微細な回路
形成は出来ないという欠点がある。
により基板表面を粗化した後、核付け、めっきを行って
、銅等の導体膜を形成する。導体膜とセラミック基板の
密着力を確保するには、基板表面の粗化が不可欠である
。 ところが、基板表面を粗化すると、高周波に対する導体
膜の表皮抵抗が大きくなり、高周波特性が劣化するとい
う欠点がある。
を、スパッタリングにより、セラミック基板に直接成膜
する方法を開発した。この方法は、セラミック基板を真
空中でイオンエッチングによりクリーニングした後、ス
パッタリングで銅を成膜する方法であり、銅膜の厚みを
任意にコントロールできるとともに、下地層が必要ない
ので高周波特性に優れ、パターンエッチングも行い易い
。
ク基板との密着力が十分ではなく、さらに改良が望まれ
ていた。そこで、この発明の課題は、基板表面を粗化す
ることなく、密着力が高く、高周波特性にも優れたセラ
ミック回路板における導体膜の形成方法を提供すること
にある。
の発明にかかるセラック回路板における導体膜の形成方
法は、セラミック基板にスパッタリングなどのPVD法
で銅膜を形成するセラミック回路板における導体膜の形
成方法であり、銅膜形成工程において、少なくともセラ
ミック基板の銅膜側の表面および銅膜を加熱する。
ラミック材料からなり、既知のセラミック回路板などに
も使用されている通常のセラミック基板が用いられる。 PVD法は、スパッタリングのほか、真空蒸着、イオン
ビームアシスト蒸着、イオンクラスタビーム蒸着など、
回路板その他の薄膜形成処理に利用されている通常のP
VD法のなかから、必要に応じて適当な手段を採用する
ことができる。PVD法を実施する装置も、通常の薄膜
形成で用いられている装置の構造が採用される。なお、
この発明では、銅膜形成工程において、基板の表面や銅
膜の温度を調節するので、薄膜形成装置としては、この
ような温度制御が容易に行えるものが好ましい。
時に発生させるプラズマの熱による加熱、薄膜形成を行
う真空槽内や、セラミック基板を装着する基板ホルダー
に備えたヒータによる加熱、基板ホルダーに備えた冷却
水配管などの冷却装置による冷却などが用いられる。こ
の発明では、セラミック基板の表面と銅膜との密着力を
向上させることを目的として前記温度制御を行うので、
少なくともセラミック基板の銅膜側の表面および銅膜の
温度を加熱できるか、加熱および冷却が行えて、その温
度を変化させることができればよい。セラミック基板や
銅膜の温度は、前記のような温度制御手段による熱の供
給量あるいは除去量と、セラミック基板や銅膜からの放
熱量との関係によって決定される。したがって、スパッ
タリングの放電パワーや、ターゲットと基板との距離、
スパッタリング時のガス圧、基板と基板ホルダーの接触
のさせ方などの種々の条件を調整することによって、基
板および銅膜の温度が変化する。
銅膜の温度変化は、以下に示すようなパターンが考えら
れる。まず、少なくともセラミック基板の銅膜側の表面
および銅膜の温度を、銅膜形成工程中に、連続的に銅の
融点以下の所定温度まで上昇させる。銅膜形成工程の初
期の温度は、常温もしくは予備加熱温度である。銅の融
点以下の所定温度とは、温度を高くするほど、セラミッ
ク基板と銅膜との密着力を向上させ得るが、銅の融点に
なると、銅膜が融けるので好ましくない。通常、銅の融
点は約1083℃であるので、この温度以下の適当な温
度まで加熱するようにする。なお、銅膜形成工程の初期
から最終段階まで、連続的に温度を上昇させてもよいし
、銅膜形成工程の初期から一定の段階まで、連続的に温
度を上昇させた後、この温度のままで最終段階まで維持
しておいてもよい。
融点以下の所定温度まで上昇させる方法が採用できる。 この方法は、前記連続的に上昇させる方法と基本的には
同様であるが、銅膜形成工程の途中の段階で、一旦温度
上昇を止め、この温度で一定時間保持した後、再び温度
上昇させる。つぎに、銅膜形成工程中に、銅の融点を上
限として上昇および下降させる方法が採用できる。この
方法では、一旦上昇させた温度を下降させるために、前
記したような、基板および銅膜の冷却手段を用いるのが
好ましい。温度上昇および下降は、1回だけ行ってもよ
いし、3回あるいは5回など、任意の回数で繰り返して
もよい。
パターンによる温度の変化と、スパッタリング等による
銅膜形成の断続的な実行を組み合わせることができる。 例えば、温度を上昇させる段階で銅膜形成を行ったり、
温度を一定に維持する段階や冷却段階では銅膜形成も一
時的に中断したり、逆に、一定の温度まで上昇させて、
この温度で維持しながら銅膜形成を行ったりすることが
できる。
に、セラミック基板の表面をイオンクリーニングしてお
くと、良好な銅膜形成が行える。イオンクリーニングの
具体的手段には、RFプラズマやイオンビームを用いる
方法その他、通常の薄膜形成技術におけるイオンクリー
ニング手段が適用できる。また、PVD法による銅膜形
成工程の前に、セラミック基板を予備加熱しておくこと
も好ましい。予備加熱の加熱温度は、処理条件によって
も異なり、通常の予備加熱温度範囲で自由に設定できる
が、例えば、200〜250℃程度に設定する。
ック基板の表面と銅膜を加熱すると、セラミック基板と
銅膜の間に強固な結合を生じさせることができる。すな
わち、温度が低い状態では、セラミック基板の表面と銅
膜の間には強い接合力は生じないが、温度が上昇すると
、セラミック基板の表面と銅膜との相互作用によって結
合力が増大するのである。
工程では十分では無かったセラミッキ基板と銅膜との密
着力が大幅に向上することになる。しかも、従来の湿式
めっき法のように、セラミック基板の表面を粗化させて
おかなくても、十分な密着力が発揮できるので、基板表
面の表面粗さが非常に小さなままで、基板と銅膜との密
着力を向上させ得る。基板の表面粗さが小さければ、高
周波特性も良好になり、セラミック回路板として優れた
機能を発揮することになる。
薄い段階で、温度を上昇させると、銅膜と基板との熱膨
張差による熱応力を小さくでき、昇温中に銅膜が剥離す
る心配がない。また、このような状態で、基板と銅膜と
の間に強固な結合力が生じる。また、昇温させた状態で
最終的に十分な厚みの銅膜を形成すれば、必要とする任
意の厚みの銅膜を形成することができる。
行う方法において、温度が低い段階で薄い銅膜を形成し
た後、一旦銅膜形成を中断して、所定の温度まで上昇さ
せ、その後、必要な厚さまでの銅膜を形成する方法が、
前記のような作用を良好に発揮させることができる。つ
ぎに、温度の上昇および下降を組み合わせれば、銅膜が
加熱および冷却されることによって、銅膜に生じる膜応
力を緩和させることができるので、セラミック基板の表
面と銅膜との間の結合力をより高めることができる。
がら以下に説明する。 −実施例1− この実施例は、銅膜形成開始から連続的に温度を上げる
場合である。図2は、イオンクリーニング兼スパッタリ
ング装置の概略構造を示している。基本的な装置の構造
は、通常の回路板製造に用いられる薄膜形成装置と同様
のものが用いられる。
着する基板ホルダー40と、スパッタリングをする銅材
料からなるターゲット30を保持するカソード50が対
向して配置されている。真空槽60には、真空ポンプ(
図示せず)につづく排気口62やガス供給口64が設け
られている。基板ホルダー40は、真空槽60とは絶縁
された状態で、RF(高周波)電源80に接続されてい
る。カソード50にはスパッタリング電源70が接続さ
れている。
行う。第1の工程としては、アルミナ等からなるセラミ
ック基板10を、真空槽60内の基板ホルダー40にセ
ットし、Ar等のRFプラズマあるいはイオンビームで
イオンクリーニングする。RFプラズマでイオンクリー
ニングする場合には、真空槽60内を10−2Pa程度
の高真空に排気した後、Arガスを例えば10Pa導入
し、基板ホルダー40にRF電流を印加して、セラミッ
ク基板10の周辺にRFプラズマを発生させるとともに
、RF電源80またはRF整合装置に取り付けたブロッ
キングコンデンサーの働きで、セラミック基板10すな
わち基板ホルダー40に−600〜−700Vのバイア
ス電圧をかけることにより、プラズマ中のArイオンを
セラミック基板10に衝突させて、基板表面をイオンク
リーニングする。イオンクリーニングの際、またはその
前に、セラミック基板10を例えば200℃程度に予備
加熱しておいても良い。
グによりセラミック基板10の表面に銅膜20を形成す
る。第1の工程が終了した後、この工程を行うまでの間
、セラミック基板10は大気にさらさないようにしてお
く。スパッタリングは、例えば、0.5PaのArガス
雰囲気で、例えば直流マグネトロン方式などのカソード
50を用い、このカソード50に例えば500〜700
Vの負電圧を印加して行う。
ターゲット30とセラミック基板10との距離、Arガ
ス圧、セラミック基板10と基板ホルダー40との接触
のさせ方などを制御することによって、プラズマから基
板10に与えられる熱量と、基板10から基板ホルダー
40に放熱する熱量との割合を調節し、基板10の温度
がスパッタリング開始時の温度から除去に連続的に上昇
し、スパッタリング終了時には、例えば800℃以上、
1083℃以下の所定温度になるようにする。
ターゲット30の表面積当たり50W/cm2 、ター
ゲット30と基板10の距離を60mm、Arガス圧を
0.5Pa、基板10と基板ホルダー40の接触を基板
10の四隅のみで行うとともに、基板ホルダー40のう
ち、基板10との接触部分を熱伝導率の小さな材料、例
えばアルミナセラミック等で形成し、10〜12μmの
厚みの銅膜20を形成すると、スパッタリング開始時に
は200℃であった基板10の温度が、スパッタリング
が進行するに伴って徐々に上昇し、スパッタリング終了
時には900℃前後になる。
温または予備加熱温度であり、これらから銅の融点以下
の所定温度まで上昇させるが、図1の曲線aに示すよう
に、予備加熱温度T0 である成膜の初期から、銅膜の
形成が終了する最後の段階まで常に上昇し続けるように
してもよいし、曲線bに示すように、成膜の初期から上
昇して所定温度に達した後、この所定温度を維持してお
くようにしても良い。
気または不活性ガス雰囲気中で、80℃以下まで徐冷し
(例えば、100℃/分以下の冷却速度)、真空槽60
からセラミック基板10を取り出す。 −実施例2− この実施例は、銅膜形成開始から段階的に温度を上げる
場合である。
。第2の工程も、基本的には実施例1と同様に行われる
が、温度調節の仕方が異なる。すなわち、成膜初期にお
いては、セラミック基板10の表面温度が、例えば40
0℃を超えない一定の温度、例えば200℃に維持する
。上記温度に調節するための具体的制御条件としては、
例えば、放電パワーをターゲット30の表面積当たり5
W/cm2 、ターゲット30と基板10の距離を70
mm、Arガス圧を0.4Paとすればよい。銅膜が基
板10の表面を一様に覆い、例えば0.3μmの銅膜が
形成された後、ヒータまたはスパッタリングのプラズマ
による熱で、少なくとも基板10の表面を加熱し、銅膜
とセラミックが強固な結合するのに必要な所定の温度、
例えば900℃に加熱した状態で銅膜を形成させる。ス
パッタリングの条件は、例えば、放電パワーをターゲッ
ト30の表面積当たり80W/cm2 、ターゲット3
0と基板10の距離を70mm、Arガス圧を0.4P
aとすればよい。加熱は、図3に示すように、銅膜を形
成しながら行ってもよいし、図4に示すように、銅膜形
成を一時的に中断して加熱を行い所定温度に達した段階
で、引き続き銅膜形成を行うようにしても良い。
例と同様に徐冷すれば、導体膜の形成工程が完了する。 −実施例3− この実施例は、銅膜形成中に、温度の上昇下降を行う場
合である。第1の工程は、前記実施例1と同様に行う。
に行われるが、温度調節の仕方が異なる。すなわち、セ
ラミック基板10の表面温度が、例えば、スパッタリン
グ開始時を250℃にして、これから上昇させる。銅膜
形成とともに基板温度を上昇させ、例えば、500℃に
達した所で、一時的にスパッタリングを中断して、真空
中で基板10を放冷却するか、または、基板ホルダー4
0に備えた冷却装置で冷却して、例えば200℃まで冷
却する。その後、スパッタリングを再開し、再び基板1
0の表面温度を上昇させながら銅膜を形成させる。この
ような温度の上昇下降と断続的なスパッタリング作業を
、例えば2〜5回繰り返して、所定膜厚、例えば18μ
mの銅膜を形成する。図5は、基板10の温度変化とス
パッタリングによる銅膜形成のタイミングとの具体的設
定パターンを示している。
段を挙げる。例えば、放電パワーをターゲット30の表
面積当たり80W/cm2 、ターゲット30と基板1
0の距離を70mm、Arガス圧を0.3Pa、基板1
0と基板ホルダー40の接触を基板10の四隅のみで行
うとともに、基板ホルダー40のうち、基板10との接
触部分を熱伝導率の大きな材料、例えばステンレス鋼等
で形成しておけばよい。
ともに、イオンクリーニングおよび銅膜の形成方法が、
前記実施例とは異なる。図6に示す装置を用いる。真空
槽60内には、セラミック基板10を装着する基板ホル
ダー40と、これと対向する位置に、銅からなる蒸着材
料32を収容した蒸発源34が備えられている。蒸発源
34の側方には、基板ホルダー40に向かってイオンビ
ームを照射するイオンガン90が備えられている。イオ
ンガン90には、Arガスなどの供給口92が設けられ
ている。基板ホルダー40には、加熱用のヒータ42と
ともに冷却装置44が内蔵されている。
ラミック基板10の表面をイオンクリーンニングする。 すなわち、アルミナ等からなるセラミック基板10を基
板ホルダー40にセットし、真空槽60内を10−4P
a台の真空に排気した後、真空槽60内に備えたイオン
ガン90にArガスを、例えば5×10−2Pa導入し
て、Arイオンビームを発生させて基板10の表面に照
射する。 イオンビームは、例えば、加速電圧500V、電流密度
0.5mA/cm2 で1〜2分間照射する。イオンク
リーニングの際、またはその前に、基板10を例えば2
00℃程度に予備加熱しておいても良い。
を形成する。第1の工程におけるイオンクリーニングが
終了した後、Arガスの供給およびイオンガンの作動を
止め、真空槽60内を再び10−4Pa台の真空に排気
した後、予め蒸着材料である銅32がセットされた蒸発
源34、例えば抵抗加熱式のタングステンボートに通電
して、銅32を蒸発させて基板10の表面に蒸着させる
。 銅膜形成後は、基板ホルダー40に備えたヒータ42を
作動させ、基板10の温度が、成膜初期の予備加熱温度
、例えば、250℃から徐々に上昇するようにする。
えば600℃に達した段階で、加熱を止め、今度は、基
板ホルダー40に備えた冷却装置44の冷却水配管に冷
却水を流して、基板10および基板ホルダー40を冷却
しながら銅膜形成を続ける。基板温度が250℃まで冷
却された後、冷却装置44の作動を止め、再びヒータ4
2を作動させて、加熱を行いながら銅膜形成をつづける
。このような、温度上昇および下降を繰り返しながら、
所定の膜厚、例えば5μmの銅膜20を形成する。 図7は、上記のような工程における、基板温度の変化の
具体例を示している。この場合は、前記実施例の図5に
示すパターンと違って、温度の上昇過程および下降過程
の何れの段階でも継続して銅膜形成を行っている。
と同様に徐冷して、導体膜の形成工程が完了する。 −銅膜の性能試験−上記した各実施例の方法で形成され
た銅膜の性能を、ピール強度を測定することによって評
価した。ピール強度は、セラミック基板10の表面に形
成された銅膜を、基板表面に対して90°方向に引き剥
がすときの抵抗力を、90°ピール強度として測定した
。具体的な測定方法は、常法にしたがった。
2の曲線aのような経過で温度変化させたものを用いた
。測定例2は、実施例3において、温度の上昇下降を3
回繰り返したものを用いた。測定例3は、同じ実施例3
において、温度の上昇下降を5回繰り返したものを用い
た。測定結果は以下のとおりであった。 測定例1=1.4kg/cm 測定例2=1.8kg/cm 測定例3=2.8kg/cm 何れも測定例も、セラミック回路板用の導体膜として十
分な密着力を備えており、この発明の方法によって、導
体膜の密着力を良好に向上させ得ることが実証された。
ック回路板における銅膜の形成方法によれば、PVD法
による銅膜形成工程において、少なくともセラミック基
板の銅膜側の表面および銅膜の温度を加熱することによ
って、銅膜とセラミック基板の表面との密着力を大幅に
向上させることができる。
、基板表面を粗化させる必要がないため、密着力が高い
と同時に、高周波特性にも非常に優れたセラミック回路
板を提供することができる。さらに、銅膜形成工程自体
は、通常のPVD法と基本的に同じでよいので、余分な
工程が増えたり、複雑な作業を行う必要がなく、銅膜の
形成を少ない工程数で能率的に行うことができ、生産性
向上に大きく貢献できる。
による銅膜形成を行う装置の概略構造図
】 別の実施例における基板温度の変化パターンを示
す線図
ンを示す線図
ンを示す線図
構造図
Claims (4)
- 【請求項1】 セラミック基板にスパッタリングなど
のPVD法で銅膜を形成するセラミック回路板における
導体膜の形成方法であり、銅膜形成工程において、少な
くともセラミック基板の銅膜側の表面および銅膜を加熱
することを特徴とするセラミック回路板における導体膜
の形成方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の発明において、少なく
ともセラミック基板の銅膜側の表面および銅膜の温度を
、連続的に銅の融点以下の所定温度まで上昇させるセラ
ミック回路板における導体膜の形成方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の発明において、少なく
ともセラミック基板の銅膜側の表面および銅膜の温度を
、段階的に銅の融点以下の所定温度まで上昇させるセラ
ミック回路板における導体膜の形成方法。 - 【請求項4】 請求項1記載の発明において、少なく
ともセラミック基板の銅膜側の表面および銅膜の温度を
、銅の融点を上限として上昇および下降させるセラミッ
ク回路板における導体膜の形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3092419A JP2818318B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | セラミック回路板における導体膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP3092419A JP2818318B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | セラミック回路板における導体膜の形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04323892A true JPH04323892A (ja) | 1992-11-13 |
JP2818318B2 JP2818318B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=14053902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3092419A Expired - Lifetime JP2818318B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | セラミック回路板における導体膜の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2818318B2 (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS51109470A (ja) * | 1975-02-26 | 1976-09-28 | Sumitomo Bakelite Co | Seramitsukusupurintokairokiban oyobi sonoseizohoho |
JPS57104661A (en) * | 1980-12-19 | 1982-06-29 | Natl Res Inst For Metals | Method for coating of metallic carbide film |
JPS57210972A (en) * | 1981-06-19 | 1982-12-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Formation of film |
JPS5878418A (ja) * | 1981-11-05 | 1983-05-12 | Asahi Chem Ind Co Ltd | インジウム−アンチモン系複合結晶薄膜の製造法 |
JPS60106961A (ja) * | 1983-11-16 | 1985-06-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 多層コ−テイング法 |
-
1991
- 1991-04-23 JP JP3092419A patent/JP2818318B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS51109470A (ja) * | 1975-02-26 | 1976-09-28 | Sumitomo Bakelite Co | Seramitsukusupurintokairokiban oyobi sonoseizohoho |
JPS57104661A (en) * | 1980-12-19 | 1982-06-29 | Natl Res Inst For Metals | Method for coating of metallic carbide film |
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JPS5878418A (ja) * | 1981-11-05 | 1983-05-12 | Asahi Chem Ind Co Ltd | インジウム−アンチモン系複合結晶薄膜の製造法 |
JPS60106961A (ja) * | 1983-11-16 | 1985-06-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 多層コ−テイング法 |
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